儲氫合金（Hydrogen Storage Metal）

儲氫合金（Hydrogen Storage Metal）
臺北市立第一女子高級中學化學科何鎮揚老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

在二十世紀的六十年代，材料領域裏出現了能儲存氫的金屬和合金，統稱為儲氫合金。這些金屬或合金具有很強的捕捉氫的能力，它可以在一定的溫度和壓力條件下，氫分子在合金（或金屬）中先分解成單個的原子，而這些氫原子便“見縫插針”般地進入合金原子之間的縫隙中，並與合金進行化學反應生成金屬氫化物（metal hydrides），外在表現為大量“吸收”氫氣，同時放出大量熱量。而當對這些金屬氫化物進行加熱時，它們又會發生分解反應，氫原子又能結合成氫分子釋放出來，而且伴隨有明顯的吸熱效應。

儲氫合金的儲氫能力很強。單位體積儲氫的密度，是相同溫度、壓力條件下氣態氫的1000倍，也即相當於儲存了1000個大氣壓的高壓氫氣。

由於儲氫合金都是固體，既不用儲存高壓氫氣所需的大而笨重的鋼瓶，又不需存放液態氫那樣極低的溫度條件，需要儲氫時使合金與氫反應生成金屬氫化物並放出熱量，需要用氫時通過加熱或減壓使儲存於其中的氫釋放出來，如同蓄電池的充、放電，因此儲氫合金不愧是一種極其簡便易行的理想儲氫方法。

目前研究發展中的儲氫合金，主要有鈦系儲氫合金、鋯系儲氫合金、鐵系儲氫合金及稀土系儲氫合金。其主要用途包括以下幾個方面：

（１）氫氣分離、回收和淨化材料
化學工業、石油精製以及冶金工業生產中，通常有大量的含氫廢氣排出，含氫量有些達到50～60%，而目前多是採用排放空中或者燃燒處理。因此，對這部分加以回收利用，在經濟上有巨大的意義。另外，積體電路、半導體器件、電子材料和光纖等產業中，需要超高純度的氫氣。利用儲氫合金對氫原子有特殊的親和力，而對其他氣體雜質則具有排斥的特性，即利用儲氫合金具有只選擇吸收氫和排除不純雜質的功能，不但可以回收廢氣中的氫，而且可以使氫純度高於 99.9999%以上，價格便宜、安全，具有十分重要的社會效益和經濟意義。

（２）製冷或取暖設備材料
由於儲氫合金具有在吸氫化學反應時放出大量熱，而在放氫時吸收大量熱的特性，因此，人們可以利用儲氫合金的這種放熱—吸熱迴圈，可進行熱的儲存和傳輸，製造製冷或取暖設備。美國和日本競相採用儲氫合金製成太陽能和廢熱利用的冷暖房，其原理就是利用儲氫合金在吸氫時的放熱反應和釋放氫時的吸熱反應。

（３）鎳氫充電電池
由於目前大量使用的鎳鎘電池中的鎘有毒，使廢電池處理複雜，環境受到污染，因此逐漸被用儲氫合金做成的鎳氫充電電池所替代。鎳氫充電電池電量比相同大小的鎳鎘電池高約1.5～2倍，且無鎘的污染，現已廣泛地用於通訊、筆記型電腦等各種小型攜帶型的電子設備。目前，更大容量的鎳氫電池已經開始用於汽油/電動混合動力汽車上，利用鎳氫電池可快速充放電過程，當汽車高速行駛時，發電機所發的電可儲存在車載的鎳氫電池中，當車低速行駛時，通常會比高速行駛狀態消耗大量的汽油，因此為了節省汽油，此時可以利用車載的鎳氫電池驅動電動機來代替內燃機工作，這樣既保證了汽車正常行駛，又節省了大量的汽油，因此，混合動力車相對傳統意義上的汽車具有更大的市場潛力，世界各國目前都在加緊這方面的研究。